§ 87. Автотрансформаторы

Автотрансформатор (рис. 205) представляет собой такой трансформатор, на сердечнике которого имеется только одна обмотка на фазу. К различным точкам этой обмотки присоединены одновременно и первичная и вторичная цепи. Автотрансформаторы бывают однофазные и трехфазные, понижающие и повышающие. Магнитный поток автотрансформатора индуктирует электродвижущую силу Е в обмотке. Если э.д.с. Е индуктируется в обмотке с числом витков w₁, то в одном витке э.д.с. будет

Напряжение вторичной цепи U₂, снимаемое с w₂ витков, будет

Рис. 205. Схема устройства однофазного понижающего автотрансформатора

Как и у трансформатора, отношение напряжений, равное отношению витков, называется коэффициентом трансформации автотрансформатора. По виткам общей части обмотки (А - В) протекает ток, равный разности токов I₂ и I₁:

(приближенно можно принять, что токи I₁ и I₂ находятся в противофазе).

Если напряжения U₁ и U₂ автотрансформатора мало отличаются друг от друга, то разность токов I₂ и I₁ также мала. Поэтому сечение провода общей части витков может быть небольшим.

Мощность, подводимая из сети к автотрансформатору, частично передается во вторичную цепь непосредственно благодаря прямой электрической связи между первичной и вторичной цепями. Остальная часть мощности передается электромагнитным путем (т. е. магнитным потоком), как и у обычного трансформатора. Мощность, передаваемая во вторичную цепь,

где S_э = U₂I₁ - мощность, поступающая во вторичную цепь электрическим путем, а S_м = U₂I₁₂ - мощность, поступающая во вторичную цепь магнитным путем.

Так как магнитным путем во вторичную цепь передается только часть мощности, то сечение сердечника автотрансформатора можно делать меньше, чем у обычного трансформатора той же мощности.

Преимуществом автотрансформатора перед обычным трансформатором является меньший расход меди для выполнения обмотки, меньший расход электротехнической стали для изготовления сердечников, меньший вес, меньшая стоимость.

При коэффициенте трансформации k ≥ 2 достоинства автотрансформатора исчезают и становится выгодным применение обычного трансформатора. Поэтому обычно коэффициент трансформации автотрансформатора k = 1,25 - 2.

Недостатками автотрансформатора являются большие токи короткого замыкания и электрическая связь между первичной и вторичной цепями.

На рис. 206 дана схема повышающего автотрансформатора. В трехфазных сетях употребляются трехфазные автотрансформаторы (рис. 207).

Рис. 206. Схема однофазного повышающего автотрансформатора

Рис. 207. Трехфазный автотрансформатор: слева - схема устройства, справа - электрическая схема

Автотрансформаторы применяются для пуска мощных двигателей переменного тока, для ступенчатого регулирования напряжения электрических печей, а также в лабораторной практике для плавной регулировки выходного (вторичного) напряжения.